Номер 133, страница 27 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Второй закон Ньютона - номер 133, страница 27.

Условие.

133. После удара волейболиста мяч летит вертикаль- но вверх. Укажите, с какими телами он взаимодействует: а) в момент удара; б) во время полёта вверх; в) во время полёта вниз; г) при ударе о землю. Изобразите и сравните силы, действующие на мяч во всех случаях.

Решение.

Проанализируем движение волейбольного мяча на каждом этапе, определим взаимодействующие тела и действующие силы.

а) в момент удара

В момент удара мяч взаимодействует с рукой волейболиста, с Землёй (гравитационное взаимодействие) и с окружающим воздухом. На мяч действуют три силы:
1. Сила удара со стороны руки волейболиста ($F_{\text{удар}}$), направленная вертикально вверх.
2. Сила тяжести ($F_{\text{тяж}}$), направленная вертикально вниз.
3. Сила сопротивления воздуха ($F_{\text{сопр}}$), которая в этот момент направлена вниз (против начинающегося движения вверх).
Для того чтобы мяч получил ускорение вверх, сила удара должна быть значительно больше суммы силы тяжести и силы сопротивления воздуха: $F_{\text{удар}} > F_{\text{тяж}} + F_{\text{сопр}}$. Равнодействующая этих сил направлена вверх.

Ответ: в момент удара мяч взаимодействует с рукой волейболиста, Землёй и воздухом. На него действуют сила удара (вверх), сила тяжести (вниз) и сила сопротивления воздуха (вниз). Сила удара значительно больше суммы двух других сил.

б) во время полёта вверх

После того как мяч покинул руку, он взаимодействует только с Землёй и с воздухом. На мяч действуют две силы:
1. Сила тяжести ($F_{\text{тяж}}$), направленная вертикально вниз.
2. Сила сопротивления воздуха ($F_{\text{сопр}}$), также направленная вертикально вниз, так как она всегда направлена против вектора скорости.
Обе силы направлены вниз, их равнодействующая также направлена вниз. Под действием этой силы мяч движется равнозамедленно, его скорость уменьшается до нуля в верхней точке траектории.

Ответ: во время полёта вверх мяч взаимодействует с Землёй и воздухом. На него действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха, обе направлены вниз.

в) во время полёта вниз

Достигнув верхней точки, мяч начинает падать. В это время он также взаимодействует с Землёй и с воздухом. Силы, действующие на мяч:
1. Сила тяжести ($F_{\text{тяж}}$), направленная вертикально вниз.
2. Сила сопротивления воздуха ($F_{\text{сопр}}$), направленная вертикально вверх (против вектора скорости).
Силы направлены в противоположные стороны. В большинстве случаев (если мяч не достиг предельной скорости) сила тяжести больше силы сопротивления воздуха: $F_{\text{тяж}} > F_{\text{сопр}}$. Равнодействующая сила направлена вниз, и мяч движется с ускорением.

Ответ: во время полёта вниз мяч взаимодействует с Землёй и воздухом. На него действуют сила тяжести (вниз) и сила сопротивления воздуха (вверх). Сила тяжести больше силы сопротивления.

г) при ударе о землю

В момент соприкосновения с землёй мяч взаимодействует с поверхностью земли, с Землёй (гравитационно) и с воздухом. Силы, действующие на мяч:
1. Сила реакции опоры ($F_{\text{опоры}}$) со стороны земли, направленная вертикально вверх.
2. Сила тяжести ($F_{\text{тяж}}$), направленная вертикально вниз.
3. Сила сопротивления воздуха ($F_{\text{сопр}}$), направленная вертикально вверх (против скорости).
В момент удара сила реакции опоры является очень большой, она значительно превосходит силу тяжести ($F_{\text{опоры}} \gg F_{\text{тяж}}$). Сила сопротивления воздуха в этот момент пренебрежимо мала по сравнению с силой реакции опоры. Равнодействующая сил направлена вверх, что приводит к быстрой остановке мяча и последующему отскоку.

Ответ: при ударе о землю мяч взаимодействует с поверхностью Земли и воздухом. На него действуют сила реакции опоры (вверх), сила тяжести (вниз) и сила сопротивления воздуха (вверх). Сила реакции опоры значительно больше силы тяжести.